Question

11．某科学兴趣小组同学设计了如图甲所示的电路图进行实验探究，电源为可调压直流学生电源，电压表量程为“0～15V”，电流表量程为“0～0.6A”，小灯泡标有“6V，1.2W”字样，R₀为20Ω的定值电阻．小组根据记录的电流表和电压表示数变化，描绘出U-I关系图，如图乙所示．

（1）求灯泡正常发光时的电阻；
（2）求当电压表示数为2V时，每分钟电阻产生的热量；
（3）调节电源电压，小灯泡与定值电阻R₀消耗的总功率为0.8W时，小灯泡的实际电功率．

Answer 1

分析 （1）知道灯泡的额定电压和额定功率，可利用公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$计算出灯泡正常发光时的电阻．
（2）从甲图可知，小灯泡与电阻R₀并联，电压表测量的是电源电压，根据并联电路电压的特点可以知道各支路两端电压，知道电阻R₀的阻值，可利用公式Q=$\frac{{U}^{2}}{R}$t计算每分钟电阻R₀产生的热量．
（3）从乙图中读出电路消耗的功率为0.8W时，对应的电压表和电流表示数，进而可求出通过定值电阻的电流大小，根据并联电路的电流特点，进一步可求出通过灯泡的电流大小，然后根据P=UI计算出其实际功率．

解答 解：（1）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得灯泡正常发光时的电阻为：
R_L=$\frac{{{U}_{额}}^{2}}{{P}_{额}}$=$\frac{（6V）^{2}}{1.2W}$=30Ω．
（2）从甲图可知，小灯泡与电阻R₀并联，
当电压表的示数为2V，即U=U_L=U₀=2V，
每分钟电阻R₀产生的热量为：
Q=W=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{0}}$t=$\frac{{（2V）}^{2}}{20Ω}$×60s=12J．
（3）当电路消耗的总功率为0.8W，从乙图中可以看出，电流表和电压表的示数为0.4A和2V；
此时通过定值电阻R₀的电流为：
I₀′=$\frac{{{U}_{0}}^{′}}{{R}_{0}}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，
通过灯泡的电流为：
I_L′=I-I₀′=0.4A-0.1A=0.3A，
则灯泡的实际功率为：
P_L实=U′I_L′=2V×0.3A=0.6W．
答：（1）灯泡正常发光时的电阻为30Ω；
（2）当电压表示数为2V时，每分钟电阻R₀产生的热量是12J．
（3）调节电源电压，小灯泡与定值电阻R₀消耗的总功率为0.8W时，小灯泡的实际电功率为0.6W．

点评 本题考查并联电路的特点、电功率的计算公式和欧姆定律的应用，要注意的是，在（3）问中，若直接根据灯泡正常发光时的电阻进行计算，就忽略掉了温度对于灯丝阻值的影响，这样的解法是不正确的．